O termice a létání v ní bylo již napsáno mnohé (viz třeba diskusi na stoupáku nebo článek Ivana Hořejšího „Termika a létání v termice“). Věci týkající se atmosféry jsou hodně složité, ale nesmírně zajímavé. Tento článek z nikoho lepšího pilota neudělá, ale mně uvědomění si některých zákonitostí při létání dost pomohlo. Číslovka v nadpisu naznačuje, že tento článek chce mít pokračování, snad budou. Tedy: O termice, díl I. : „Co pohání stoupák vzhůru?“

Proč stoupák stoupá.
Archimédův zákon zní: „těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené“. Nevím, zda se ještě Archimédův zákon učí v této podobě, ale já si jej tak pamatuji. Tělesem je v tomto případě vzduch ve stoupáku, kapalinou je okolní prostředí. Stoupák tedy stoupá proto, že je lehčí, odborněji má menší hustotu než okolní vzduch.

Obvykle se říká, že vzduch ve stoupáku je teplejší, proto je lehčí a proto stoupá. Většinou ano, ale nemusí tomu tak být vždy – stoupák může mít stejnou teplotu jako okolí, ale může být z lehčích plynů, třeba z vodní páry. Určitou analogií je horkovzdušný balón a balón naplněný heliem. V první případě balón stoupá proto, že vzduch v něm je teplejší, ve druhém případě jsou teploty stejné, ale plyn je jiný.

Zdánlivá teplota
Pro stoupák je tedy důležité, aby byl řidčí než okolní prostředí.

Zde je nutno udělat malou fyzikální vsuvku (respektive dvě) – je známo, že tlaku s výškou ubývá, jakobychom žili na dně bazénu a čím blíže se dostaneme k hladině, tím je tlak menší. Protože na stejném principu pracují i modelářské výškoměry, tak snad jde o jev uznávaný.

Druhou věci je to, že plyn se při rozpínání ochlazuje a při stlačování ohřívá. Kdo jezdí na kole ví, že se pumpička při pumpování hezky zahřeje, to je stejný jev. Teplota vzduchu se s výškou snižuje o asi 0.5-1 °C/100 m, proto hlásí-li v televizi, že nad 1000 m budou přeháňky sněhové, dá se rovnou říci, že v nížinách bude okolo 5°C nad nulou :-).

Aby se daly různé teploty i složení vzduchu porovnávat, zavádějí si meteorologové různé přepočtené teploty (a nazývají se teplotami potenciálními, virtuálními, atd., já budu používat termín „teplota zdánlivá“, což je česky virtuální). Zdánlivá teplota se vztahuje k suchému vzduchu a tlaku při zemi. Zní to komplikovaně, ale není. Zanedbáme-li vlhost vzduchu, dělá přepočet jen to, že vezme „kus“ vzduchu ve výšce, přenese ho zpátky k zemi a změří jeho teplotu.

Tedy, bublina teplého vzduchu se odlepí od země a stoupá. V určité výšce se ale zastaví – hustota okolního vzduchu je tam stejná, jako hustota bubliny.

Na tomto obrázku je to vysvětleno. Zdánlivá teplota má tu výhodu, že se s výškou nemění (nakonec proto byla tak definována). Skutečná teplota bubliny se samozřejmě mění, jak je vysvětleno výše, protože s výškou klesá tlak a proto se bublina rozpíná a ochlazuje. Rozdíl „delta_T“ udává teplotní rozdíl mezi okolním vzduchem a stoupákem. Čím je tento rozdíl větší, tím stoupák stoupá rychleji, když však dosáhne výšky „h“, teploty se vyrovnají a stoupák se zastaví. V přírodě bývá rozdíl mezi teplotou okolního vzduchu a teplotou bubliny asi 1 až 3 °C.

Průběh teploty v atmoféře
Na obrázku nahoře se křivka teploty okolního vzduchu sklání doprava, to znamená, že se vzduch s přibývající výškou ohřívá? Ano, zdánlivá teplota vzduchu s výškou roste, upozorňuji, že jen ta zdánlivá, skutečná samozřejmě klesá.

Vysvětlení je jednoduché, kdyby tomu tak nebylo, byla by termika pořád. Kdyby byl vzduch u země teplejší než ve výšce, neustále by měl snahu stoupat a to třeba i v noci. Protože tomu tak není, vzdušné vrstvy jsou stabilní a nemíchají se, musí být nahoře tepleji než dole. Ostatně, takové atmosféře (podle obrázku) se říká stabilní a pro termické létání je naprosto nevhodná. Naznačená výška „h“ může být i jen pár desítek metrů. To je potom to, co nazýváme inverzí, kdy ani teplý kouř z komínů nemá šanci prorazit nahoru.

Většinou je to ale jinak, termika a vítr způsobí, že se vytvoří tzv. mezní vrstva, ve které jsou vzdušné proudy promíchány, a zdánlivá teplota v této vrstvě je konstantní.

Výška mezní vrstvy se mění od asi 50 m (v zimě a v noci) až po několik kilometrů (při slunečném počasí), dobře ji ohraničují kumuly. Probíhá to tak, že ráno, když vysvitne sluníčko, objeví se první stoupáky, které tu nízkou noční vrstvu rozrušují a posouvají její hranici stále výše, v podvečer se zase atmosféra „usazuje“.

Druhý obrázek ukazuje tuto situaci. Až do výšky „h_mv“ má okolní vzduch konstantní zdánlivou teplotu. Někdy se o této výšce mezní vrstvy mluví jako o výšce inverze a pro naše modelářské účely je naprosto zásadní. Stoupák se totiž o moc výše než je tato výška nedostane. Nad výškou inverze tudíž nemá cenu hledat termiku.

Tedy (hodně zjednodušeně):

• stoupák stoupá, protože ho okolní vzduch nadnáší;
• stoupák vyleze jen do takové výšky, v níž se jeho teplota vyrovná s teplotou okolí;
• výška, ve které se stoupák zastaví, závisí na počasí a mění se v průběhu dne.

Pokračování příště 🙂 (možná).

Honza
28.2.2011

Druhý díl je tady.